СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
первичных сетей связи, т.е. систем образования типовых каналов связи и групповых трактов передачи сигналов. На базе типовых каналов первичных сетей организуются вторичные сети связи – телефонные, телеграфные, передачи данных, факсимильной Раздел 2. Средства телекоммуникаций 145 К П П П П П П П П 2.57 90 0 связи и др. Это обусловило определенную самостоятельность в разработке средств спутниковой связи и ориентирование при создании вторичных сетей на возможности и особенности спутниковых каналов связи. 2.5.5. Беспроводные сети на ИК - лучах Назначение: для быстрого развертывания сетей и ноутбуков. Особенности построения и функционирования сетей на ИК-лучах: 1) нет необходимости тянуть кабели, когда нет таких возможностей, например, в полевых условиях; 2) небольшой радиус действия: 5–10 м – в пределах одного помещения, что обеспечивает конфиденциальность; 3) излучаемая мощность невысока, а воздействие ИК-излучения на организм, в отличие от СВЧ, изучено предельно хорошо; 4) устойчивость к радиопомехам; 5) не требуется лицензирование частот. Технические характеристики: 1) дальность работы приемо-передатчика (П): • внутри помещения: 10 м – 20 м; • между зданиями или внутри длинных коридоров: до 500 м; 2) рабочие дины волн: 800 – 900 нм (частоты 300 – 400 ТГц); 3) скорость передачи данных: до 10 Мбит/с; 4) концентратор (К) с охватом 360 0 (рис.2.57) обеспечивает одновременную работу с 255 станциями. Недостатки сетей на ИК-лучах: 1) ПП требуют ручной ориентации друг на друга; 2) нет технических средств для мобильных пользователей; 3) малые расстояния; 4) зависимость от погодных условий (дождь, туман, снег). Беспроводные сети на ИК-лучах не получили широкого распространения и в последние годы практически полностью вытеснены беспроводными сетями, использующими радиодиапазон. 2.6. Телекоммуникационные сети 2.6.1. Классификация телекоммуникационных сетей В зависимости от вида передаваемых данных телекоммуникационные сети делятся на: • аналоговые сети; • цифровые сети. К современным телекоммуникационным сетям предъявляются два основных требования: Раздел 2. Средства телекоммуникаций 146 • интеграция – возможность передачи в сети данных разных типов (неоднородного трафика), предъявляющих разные требования к качеству передачи; • высокие скорости передачи за счет использования широкополосных каналов связи (построения широкополосных сетей передачи данных). В зависимости от назначения в структуре современных телекоммуникационных сетей выделяют несколько уровней иерархии (рис.2.58): • абонентские сети (А), представляющие собой домашние, офисные и корпоративные сети на основе LAN или WAN; • сети доступа (Д), объединяющие потоки от нескольких абонентских сетей в единый поток, направляемый в магистральную сеть; • магистральная сеть (М), представляющая собой высокоскоростную широкополосную сеть на основе первичных транспортных сетей (волоконно-оптических, спутниковых и т.д.). Сети доступа могут быть построены на основе: • коммутируемых каналов – традиционные аналоговые телефонные сети (ТфОП) и цифровые сети ISDN; • выделенных каналов – от аналоговых каналов ТЧ с полосой пропускания 3,1 кГц до цифровых каналов SDH с пропускной способностью десятки Гбит/с; • коммутации пакетов – технологии Х25, Frame Relay, ATM, а также TCP/IP (Internet). Магистральные сети строятся обычно на основе выделенных цифровых каналов с пропускными способностями до десятков Гбит/с. Сети доступа и магистральные сети образуют транспортную (опорную) систему, назначение которой быстрая и надежная доставка данных. Транспортные системы на основе выделенных каналов можно разбить на 2 класса: цифровые (цикловые) и аналоговые (нецикловые). М Д Д Д Д Д А А А А А А А А 2.58 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 147 Аналоговые транспортные системы реализуются в основном на основе существующих телефонных каналов Цифровые транспортные системы могут быть реализованы на основе следующих технологий: • плезиохронные (PDH); • синхронные (SDH); • асинхронные (АТМ). 2.6.2. Передача данных на основе телефонных сетей Телефонная сеть объединяет телефонные станции разных уровней – сельские, городские, междугородние и т.д. АТС – автоматическая телефонная станция, основной функцией которой является коммутация потока речевых (телефонных) данных. В общем случае, АТС можно рассматривать как пространственный коммутатор. В процессе эволюции АТС прошли путь от электромеханических станций до современных станций с программным управлением (рис.2.59). Электромеханические АТС представлены двумя типами станций. 1. Декадно-шаговые АТС, в которых в качестве коммутационного элемента используется декадно- шаговый искатель – электромеханичес- кое устройство, представляющее собой набор из 10 контактов, которые замыкаются бегунком в зависимости от поданного числа электрических импульсов, формируя электрическую цепь (рис.2.60). При подаче одного импульса бегунок замыкает контакт 1, двух – контакт 2, …, десяти импульсов – контакт 0. Наличие подвижных электромеханических контактов обусловливает появление значительных помех, что существенно осложняет передачу цифровых данных и не позволяет достичь сколь- нибудь приемлемой скорости передачи. Типы АТС электромеханические с программным управлением декадно-шаговые координатные квазиэлектронные цифровые 2.59 1 2 9 0 3 4 5 6 7 8 2.60 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 148 2. Координатные АТС, в которых в качестве коммутационных устройств используются многократные координатные соединители (МКС), представляющие собой приборы релейного действия, имеющие по сравнению с декадно-шаговыми искателями более простое устройство, что позволяет удешевить эксплуатационное обслуживание коммутационного оборудования и обеспечить более высокое качество коммутации разговорного тракта. АТС с программным управлением также представлены двумя типами станций. 1. Квазиэлектронные АТС, в которых коммутационное устройство реализовано на основе герконов, а управление коммутационным устройством – средствами микропроцессорной техники. Герконы (сокращение от «герметичный контакт») представляют собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу (рис.2.61,а), которые вместе с электромагнитной катушкой образуют герконовое реле. При прохождении тока через электромагнитную катушку контакты замыкаются, формируя электрическую цепь для передачи данных (рис.2.61,б). 2. Цифровые (электронные) АТС, в которых коммутация и управление полностью цифровые. Аналоговый сигнал оцифровывается в абонентском комплекте и передаётся внутри АТС и между АТС в цифровом виде, что гарантирует отсутствие затухания и уменьшает влияние помех на передаваемые данные. Это обеспечивает качественную передачу данных с максимально возможной скоростью. Упрощённо структуру электронной АТС можно представить в виде четырёх основных блоков (рис.2.62). 1. БАЛ – блок абонентских линий (АЛ), реализующий функции обслуживания абонентов, в качестве которых могут выступать: • обычные аналоговые телефоны, передающие к АТС данные в виде непрерывных сигналов по аналоговым АЛ; • компьютеры, дискретные сигналы от которых преобразуются с помощью модемов в непрерывные, передаваемые по аналоговым АЛ; • цифровое оборудование (компьютеры, принтеры и т.п.), дискретные сигналы от которых передаются к АТС по цифровым АЛ. Аналоговые сигналы, поступающие от абонентов с использованием ИКМ преобразуются в АТС в цифрой вид. Уровень нагрузки в телефонии принято измерять в Эрлангах (Эрл.). Единица измерения нагрузки получила название в честь основоположника методов расчёта телефонной нагрузки. Нагрузка на одну АЛ принимается равной 0,1-0,2 Эрл. U а) б) 2.61 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 149 2. БСЛ – блок соединительных линий (СЛ), обеспечивающих связь с другими АТС. При связи с другой цифровой АТС сигналы по СЛ передаются в цифровом виде. Если же соседняя АТС является аналоговой, то цифровые сигналы преобразуются в аналоговый вид. При расчёте необходимого количества СЛ нагрузка на одну СЛ принимается равно 0,8 Эрл. 3. КП – коммутационное поле может быть реализовано либо в виде некоторого электронного коммутатора, либо в виде «речевого запоминающего устройства» (РЗУ). В последнем случае речь, представленная в цифровом виде сначала записывается в РЗУ, а затем передаётся в соответствующую АЛ к абоненту-получателю или в СЛ к другой АТС. 4. ЦУУ – цифровое управляющее устройство предназначено для управления оборудованием АТС (БАЛ, БСЛ, КП), потоками данных в станции и всей АТС в целом. Современные цифровые АТС строятся в соответствии с принципом коммутации пакетов и реализуют передачу данных на основе протокола IP. Таким образом, современная АТС представляет собой фактически большой специализированный компьютер, реализующий функции коммутатора, который может входить в состав цифровой сети передачи данных. При этом через АТС могут передаваться не только речевые (телефонные) данные, но и компьютерные данные, а также аудио и видео. В зависимости от времени существования телефонные каналы могут быть двух типов: • коммутируемые или временные, создаваемые только на время передачи данных; БАЛ КП БСЛ ЦУУ М АТС АЛ (0,1-0,2 Эрл.) СЛ (0,8 Эрл.) к (от) др. АТС ИКМ 2.62 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 150 • выделенные или постоянные, создаваемые на длительный промежуток времени и существующие не зависимо от того, передаются данные или нет. В случае коммутируемых телефонных каналов подключение абонентов к АТС или сети может выполняться путём набора номера одним из двух способов: • импульсный (декадный) способ, при котором набор цифры номера приводи к формированию импульсов с частотой 10 Гц: длительность импульса 50 мс и длительность паузы 50 мс, причём количество импульсов равно значению цифры (цифре «0» соответствует 10 импульсов); • тоновый (частотный) способ, при котором набор абонентом номера приводит к формированию сигналов с частотой 10 Гц, причём каждой цифре соответствует сигнал определённой частоты; для повышения надёжности распознавания для каждого сигнала (для каждой цифры) используются 2 частоты – из нижней и верхней группы частот, значения которых подобраны определенным образом (рис.2.63). Благодаря широкому распространению телефонных сетей связи, они находят массовое применение в качестве средств доступа к ресурсам цифровых сетей и для выхода в Интернет. При этом передача компьютерных данных может выполняться: • по аналоговым АЛ; • по цифровым АЛ. Передача цифровых данных по аналоговым АЛ реализуется на частотах разговорного канала с применением модемов, причем максимальная скорость передачи – 56 кбит/с достигается только в том случае, если на пути передачи данных все АТС – цифровые. Цифровая АЛ может обеспечить гораздо большие скорости передачи и с меньшей стоимостью, чем при связи в полосе тональных частот. Группа верхних частот 1209 Гц 1336 Гц 1477 Гц Г р у п п а н и ж н и х ч ас то т 9 4 1 Г ц 8 5 2 Г ц 7 7 0 Г ц 6 9 7 Г ц 1 2 3 A 4 5 6 B 7 8 9 C * 0 # D 2.63 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 151 К преимуществам цифровых АЛ перед аналоговыми относятся: • легкость мультиплексирования нескольких разговорных каналов по принципу временного уплотнения; • простота кодирования; • новые возможности абонентской сигнализации. Недостатками цифровой передачи являются: • искажения при преобразовании речевых сигналов в цифровой вид; • более жесткие требования к полосе пропускания; • проблемы с эхом из-за увеличения задержек. 2.6.3. Модемная связь 2.6.3.1. Принципы организации модемной связи Методы передачи данных по телефонным каналам с использованием модемов задаются в виде рекомендаций (стандартов) серии V. Модемы должны обеспечивать защиту передаваемых данных от ошибок, возникающих в каналах связи и в аппаратуре передачи данных, путем контроля и коррекции ошибок. Коррекция ошибок (error correction) – отделение полезного сигнала от шумов и исправление возникающих в процессе связи ошибок. Для контроля и коррекции ошибок при передаче данных используются протоколы контроля ошибок, в частности, протокол сетевого обмена MNP (Microcom Network Protoсol), который стал частью стандарта коррекции ошибок V.42. Модемы при передаче данных используют алгоритмы сжатия данных, что повышает скорость обмена и уменьшает время передачи. Сжатие данных (data compression) – кодирование информации с целью уменьшения её объёма. При передаче данных по телефонному каналу используются средства для автоматической упаковки-распаковки данных. Стандарт TAPI (Telephony Application Programming Interface) – описывает взаимодействие ПК с телефонной линией и позволяет интегрировать в приложения для ПК обращения к услугам телефонной связи: от простого набора номера до блокировки звонков, переадресации вызовов и конференцсвязи. На рис.2.64 перечислены основные функции модемной связи, сформулированные в рекомендациях серии V. 2.6.3.2. Модемные стандарты Модемные стандарты серии V по передаче данных по телефонным линиям определяют (рис.2.65): 1) назначение; 2) тип канала связи; 3) вид модуляции; 4) скорость передачи. Раздел 2. Средства телекоммуникаций 152 2.6.3.3. Классификация модемов На рис.2.66 представлена классификация модемов по: • функциональному назначению; • конструктивному исполнению; • способу передачи данных; • способу реализации протоколов. 1. По функциональному назначению модемы делятся на: а) телефонные; б) телеграфные; в) сотовые (радиомодемы); г) факс-модемы; д) кабельные, предназначенные для передачи данных по кабельным линиям связи, в частности по сети кабельного телевидения со скоростью до 10 Мбит/с 2. По конструктивному исполнению модемы могут быть: • внешние, подключаемые кабелем к разъему RS-232 персонального компьютера; • внутренние – в виде платы, устанавливаемой внутри компьютера. Функции модемной связи (рекомендации серии V) Модуляция и демодуляция Защита от ошибок Сжатие данных Поддержка телефонии: автоответчик, голосовая почта, факс-служба, АОН 2.64 Модемные стандарты Назначение Тип КС Вид модуляции Скорость д у п л ек сн ая п ер ед ач а п о л у д у п л ек сн ая п ер ед ач а п ер ед ач а ф ак со в к о мм у ти р у ем ы й в ы д ел ен н ы й ч ас то тн ая ф аз о в ая амп л и ту д н ая амп л и ту д н о -ф аз о в ая 300 (V.21), 1 200, 2 400, 4 800, 7 200, 9 600, 12 000, 14 400, ..., 28 800, 33 600, и т.д. до 56 кбит/с. 2.65 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 153 3. По способу передачи данных (принципу работы в линии) модели делятся на: а) синхронные, использующие синхронный способ передачи данных, при котором каждый бит посылается через фиксированный интервал времени с использованием синхронизации приемного и передающего устройства; синхронизация обеспечивается путем передачи управляющей информации и использования в обоих устройствах тактовых генераторов; синхронный режим целесообразно применять при организации связи по типу "точка-точка" через выделенные каналы связи; б) асинхронные, использующие асинхронный способ передачи данных, при котором каждый символ (реже слово или небольшой блок) посылается отдельно и между данными могут быть произвольные промежутки времени; для распознавания поступающих данных каждый переданный элемент содержит стартовый и стоповый биты; этот способ известен также как старт-стоповая передача; модем работает в асинхронном режиме при использовании коммутируемых каналов связи; 4. По способу реализации протоколов коррекции ошибок и сжатия данных модемы бывают: • с аппаратной реализацией; • с программной реализацией. 2.6.4. Цифровые сети с интегральным обслуживанием (ISDN- технология ) Модемная передача компьютерных данных по абонентским линиям телефонных сетей позволяет в идеальных условиях (на пути передачи имеются только цифровые АТС и все каналы связи высокого качества) достичь предельной скорости в 56 кбит/с, что явно не достаточно для Классификация модемов П о ф у н к ц и о н ал ьн о му н аз н ач ен и ю Телефонные Телеграфные Сотовые (радиомодемы) Кабельные Факс-модемы П о к о н ст р у к ти в н о м у и сп о л н ен и ю внешние внутренние П о с п о со б п ер ед ач и д ан н ы х П о с п о со б у р еа л и за ц и и п р о то к о л о в синхронные асинхронные программные аппаратные 2.66 |